JP2008506903A - Cold forming metal bearing roller, its cold forming method, and forming set for cold forming machine - Google Patents
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Abstract
【解決手段】減摩ベアリング用のローラ半加工品を精度よく冷間成形する機械、方法及び設備である。この機械は、高い精度でばりを生ずることなく、ローラの端部を同時に成形することができる浮動ダイスキャビティを用いた多段段階的成形機である。工具と段階的成形とは、有利な木目得模様を有し、今まで半加工品の丸み付きコーナーにせん断面端面の材料が存在することによる構造上の欠陥や中央部分のばりのない改良されたローラを形成する。
【選択図】図3A machine, method, and equipment for accurately cold forming a roller blank for an anti-friction bearing. This machine is a multi-stage step forming machine using a floating die cavity that can form the ends of the rollers at the same time without producing burrs with high accuracy. Tooling and stepwise forming have an advantageous grain pattern and are improved so far that there are no structural defects and no flash in the center due to the presence of shear face end material in the rounded corners of semi-finished products. Forming a roller.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、冷間成形ローラの製造に関し、特に、ローラ品質を改良し、製造コストを低減した成形方法、成形機及び成形具に関するものである。 The present invention relates to manufacturing of a cold forming roller, and more particularly to a forming method, a forming machine, and a forming tool that improve roller quality and reduce manufacturing costs.
減摩ベアリングに用いられるローラは、先ず、冷間成形機で形成するのが一般的である。伝統的には、冷間成形片は、所望の精度形状と仕上げとを達成するために、その後、研削処理によって順次機械加工される。典型的には、研削作業は、幾つかの工程を包含するが、その理由は、冷間成形技術で用いられている伝統的な方法及び工具の制限や特徴の結果として、冷間成形部品は、重要なばり及び/又は余剰材料を有するからである。研削処理は、高価であり、それは、仕上げローラのコストに大きく付加される。 A roller used for an anti-friction bearing is generally formed by a cold forming machine. Traditionally, cold formed pieces are subsequently machined sequentially by a grinding process to achieve the desired precision shape and finish. Typically, the grinding operation involves several steps because, as a result of the limitations and features of traditional methods and tools used in cold forming technology, Because it has significant flash and / or surplus material. The grinding process is expensive, which adds significantly to the cost of the finishing roller.
本発明は、仕上がり研削ローラの最終形状に比較的近く、それによって、機械加工コスト及び研削コストを大きく減少し、早すぎるベアリングの失敗を回避する改良された木目構造を有する冷間成形金属ローラ半加工品に関する。この改良された冷間成形部品は、ばりがなく、ローラの端縁の形状に倣って軸線方向に遮られることがない木目構造を有し、それによって仕上がり機械加工された製品の不規則性を回避して部品を緊密に形作る設備エレメントから生ずる。 The present invention is relatively close to the final shape of the finished grinding roller, thereby greatly reducing machining and grinding costs and avoiding premature bearing failure, and cold forming metal roller half having an improved grain structure. Regarding processed products. This improved cold-formed part has a grain structure that is free of burrs and is not obstructed in the axial direction following the shape of the edge of the roller, thereby reducing the irregularity of the finished machined product. Resulting from equipment elements that avoid and form the part closely.
この方法は、ばりの必要も虞もなく、各ステーションで正確な形状を得ることができる多段成形工程と特異な工具とを含む。この設備は、従来技術に比べて直径が比較的小さい半加工品を相当に大きな直径の部品に加工するように作られている。この技術は、元の半加工品のせん断端面の材料がローラのローリング表面の領域とローラの端面との間に形成された丸み付きコーナーから本質的に除去されるのを確実にする。 This method includes a multi-stage forming process and a unique tool that can obtain an accurate shape at each station without the need for flash. This equipment is designed to process a semi-finished product that is relatively small in diameter compared to the prior art into parts of considerably larger diameter. This technique ensures that the material at the shear end face of the original workpiece is essentially removed from the rounded corner formed between the area of the roller rolling surface and the end face of the roller.
ローラ半加工品、即ち、加工材料は、各ステーションで各端部が同時に成形される。加工材料の端部の環状の丸み付きコーナーは、工具キャビティとダイスキャビティとの間の分離面でのばりの発生又は虞がなく、連続する加工ステーションで相応する工具キャビティとダイスキャビティに充填することによって次第に正確に形成される。このばりなしの成形は、加工材料の側部で摩擦作用を少なくする浮動ダイスリングで半加工品の中間部分を拘束し又は形作ることによって達成され、さもなければ、キャビティコーナーに材料が流れるのを禁止して好ましくないばりを促進し又は必要とすることになる。最後のステーションでは、加工材料は、工具とダイスとを確実なストッパーで閉じることによって正確に成形されるので、工具の幾何学的形状は、機械の変化とは別箇に最終部品形状を決定する。 The roller blank, that is, the work material, is molded at each end simultaneously at each station. The annular rounded corners at the end of the work material should be filled into the corresponding tool cavities and die cavities in successive processing stations without the occurrence of flashes or fears at the separation surface between the tool cavities and the die cavities. Is gradually and accurately formed. This burrless formation is accomplished by constraining or shaping the intermediate part of the workpiece with a floating die ring that reduces friction on the sides of the workpiece, otherwise the material flows into the cavity corners. Prohibiting or requiring unwanted flash. At the last station, the work material is accurately shaped by closing the tool and the die with a secure stopper, so the tool geometry determines the final part shape separately from machine changes. .
図1は、本発明によって作られた冷間成形ローラ半加工品10の一例を示す。このローラ半加工品は、樽型であるが、本発明の幾つかの原理は、円筒形又はテーパ付きローラを含む他のローラ形式にも適用することができる。以下に開示された方法と工具で作られるローラ半加工品10は、典型的には、熱処理後の研削によって、以後の仕上げに現在商業的に受け入れられている寸法許容の約1/10まで寸法許容を減少して製造することができる。熱処理と研削との後のローラ半加工品10は、当業界で知られている減摩ベアリングアセンブリの多数の同一片と共に典型的に用いられている。
FIG. 1 shows an example of a cold forming roller blank 10 made in accordance with the present invention. The roller blank is barrel-shaped, but some principles of the invention can be applied to other roller types including cylindrical or tapered rollers.
ローラ10は、図3に示され、当業界では一般的に知られている形式のマルチステーション段階的冷間成形機11で成形される。この鍛造機11は、図3の工具領域の平面で示されている。この鍛造機11は、カットオフステーション14で鋼ワイヤ13を受け入れる軸部12を含み、その中心は、中心線16によって表されている。AISI52100の如き適当な鋼のワイヤ13は、当業界では知られている供給装置によってせん断又はカッター17に当初の加工材料又は半加工品10aの所望の長さに相応する長さ毎に順次非常に正確に送給される。機械11は、多段の段階的成形ステーション21−23、好ましくは、3つのステーションを含む。ステーション21−23は、通常のように、相互に及びカットオフステーションから均一に間隔をあけている。成形ステーション21−23は、固定ダイスブレスト又は下支え29に固定されたダイスケース26−28と、ダイスブレスト29に接近したり離れたりして往復するスライド34上の工具又はパンチケース31−33とを含む。スライド34は、図3では、前部死点にあるのが示されている。図示しない移送機構は、スライド4をダイスブレスト29に接近したり離れたりする周期的な変位に対して時間的関係でカットオフステーションから各成形ステーション21−23へ順次加工材料を移動する。
The
ローラ半加工品10の成形の以下の説明は、図3、図4A、B、図5A、Bを参照して行なわれる。所定の直径と正確な長さを有する初期半加工品10aは、せん断機17によって製造されて、その端面36、37は、せん断処理に固有の不規則性や凹凸を有するせん断面となる。半加工品10aは、図4A、図4Bに示される第1の成形ステーション21に移行される。工具キャビティ41とダイスキャビティ42は、それぞれのインサート43、44に形成されている。これらのインサート、即ち、工具エレメント43、44等は、図3及び図4にハッチングを付して示されており、これらは、カーバイド又は他の適当な工具材料から形成されている。インサート47を含む浮動ダイスリング46がダイスキャビティ42と協働している。これらのキャビティ41、42と、インサート43、44と、ダイスリング46と、インサート47とは、他の部品と共に、環状又はリング状の形態を有する。図3に示すように、浮動ダイスリング46は、深い円筒形スカート48及び一体の端壁49を有するカップ体である。図3に示すように、浮動ダイスリングスカート48は、ダイスケース26との間で軸線運動を許しつつ最小のクリアランスを有してこのダイスケース26上を伸縮する。端壁49は、ダイスリングインサート47が固定される中心孔を有する。
The following description of the molding of the roller blank 10 will be made with reference to FIGS. 3, 4A, B, 5A, B. The initial half-processed
浮動ダイスリング46は、その端壁49とインサート47とがダイスキャビティ42とケース26とから(図4A、4Bの右側に示されるように)制限された距離離れる前進位置に弾性的に偏移している。この偏移力は、(第1ステーションの中心線21に相応するダイスキャビティ42の軸線のまわりに対称的に分配された圧縮ばね51(その1つのみが図3の平面に示されている)によって付与される。浮動ダイスリング46の前進又は延長位置は、浮動ダイスリングスカート48の周壁のスロットに入れられた接線方向のピン52によって定められる。
The floating
図4A、図4Bを参照すると、初期半加工品10aが第1のステーション21に入っている。図4A、図4Bの右側は、カットオフステーション14から移送された半加工品10aの成形段階の始まりを示している。図4A、図4Bの右側に示された機械加工サイクルの瞬間より前に、半加工品は、ノックアウトピン、即ちエジェクタピン53、54が工具エレメントとダイスエレメントと協働して端部36、37によってこのステーションに位置保持されている。これらのピン53、54は、皿ばね57と摩擦シュー58とから成る摩擦ドラッグ(抵抗)によって前の機械加工サイクルから延長した位置に追従保持されて、移送機構から受け入れたときに、これらのピンが半加工品を把持することができるようにしている。次のステーションのノックアウトピンにも同様の摩擦抵抗が同じ目的で付与される。図示の装置において、工具キャビティ41及びダイスキャビティ42は、図示の場合、半加工品10aの当初の直径よりも小さな最小直径を有する半加工品丸み付きコーナー成形領域59を有する。図4A、図4Bの左側は、スライド34の前部死点に相応し、第1ステーションでの半加工品の形作りの完了を示している。図示の方法において、半加工品10bは、その端部の両側で同時に対称的に部分押出され、真ん中の部分でアプセットされている。この第1ステーション21での成形処理の押出部分の結果、当初のせん断端面36、37を形成するほとんどすべての材料は、半加工品10bの端部と側部との間で丸み付きコーナーを形成するインサートキャビティ41、42の環状の丸み付きコーナー59から変位される。図示のように、半加工品の丸み付きコーナーは、ツールキャビティ41、ダイスキャビティ42の補完形状を有するコーナーによって形成される。
Referring to FIG. 4A and FIG. 4B, the initial
浮動ダイスリング46は、半加工品10bの材料がダイスキャビティ42のコーナー59に充分に入り込むのを可能にする。半加工品10bの中間部分がアプセットすると、この部分は、浮動ダイスリング46、特にインサート47の円筒形内面によって所望の寸法に拘束される。半加工品10aと浮動ダイスリングインサート47の壁との間の摩擦は、半加工品材料がダイスキャビティコーナー59に変位するのを大きく制限することがないが、その理由は、偏移ばね51の比較的小さな力を克服することによって、浮動ダイスリング46は、半加工品ストックや前進用工具キャビティ41と共に移動することができて、実質的に充分な鍛造力がダイスキャビティコーナー59の領域の半加工品材料に移行されるからである。従って、成形具のダイス側の成形キャビティにおける側壁摩擦作用は、有効的に減少されて、半加工品10bの端部は、端同士で本質的に同時に対称的に成形される。
The floating
図5A、図5Bで示された第2のダイスステーション22は、第1のステーション21のダイスリング46と構造及び機能が同じである浮動ダイスリング61と、浮動リングインサート60とを含む。一体の円筒形スカート65と、ばね51と、前に述べたのと同じ機能を有する接線方向のピン52とが浮動ダイスリング61と協働している。工具キャビティとダイスキャビティとのインサート62、63がそれぞれのケース32、27に取り付けられている。
The
第1ステーションのダイスリングインサート47は、第2ステーションの浮動ダイスリングインサート60の内部円筒面の直径にほぼ近い直径、例えば、滑り嵌め又はクリアランス嵌めに近い直径を半加工品10bの中間部分に確立する。この半加工品10bは、第2ステーション22に移送され、その直径は、インサート60の内壁の直径に近いので、第2ステーション22の半加工品と工具エレメントとの間に良好な軸合わせが維持される。このステーションでは、スライド34の次の動き(blow)によって半加工品10bがその端部近くをアプセットしてそのコーナーの半径を減少し、これらのコーナー近くの直径を広げる。浮動ダイスリング61は、第1ステーション21と同様に、半加工品の中間部分と浮動リングインサ−ト60のダイスキャビティ64との間の摩擦作用を減少するので、半加工品10bは、端部同士で対称的に、且つ同時に、インサート62、63の工具及びダイスのキャビティ67、68のコーナー66に充分アップセットされる。
The first station die ring insert 47 establishes a diameter in the middle portion of the
第3ステーション23では、図6A、図6Bに示すように、工具とダイスとの各ケースに工具とダイスのそれぞれのインサートセット83、84に対称的なキャビティ81、82が形成されている。図6A、図6Bの右半部は、成形処理の開始を示し、左半部は、冷間成形処理の終了時に展開される完成されたローラ半加工品10を示す。このステーション23では、半加工品は、端部での限定押出と中間部分に沿ったアプセットとの組合せによって成形される。第2ステーションから受領した中間半加工品10bからの端部の成形は、幾分制限されるが、全く正確に行なわれる。半加工品10の中間部分のアプセットは、最終の樽形状を形成する。
In the
第3ステーション23で形成されたローラ半加工品10は、幾つかの理由で、第1と第2のステーション21、22の成形作用に関連して述べた丸いコーナーの当初の成形よりも非常に正確に形成される。まず、工具とダイスのキャビティ81、82の丸み付きコーナー88は、それより前のステーション22に存在するものと実質的に異ならないので、このステーションのこれらのコーナー領域では、ほとんど整形が要求されない。次に、ダイスケース28に固定された案内リング90は、工具ケース33の先端に非常に緊密に嵌まっているので、工具ケースがリング内に入り込むと、工具ケースとダイスケースとの両方が相互に正確に整列する。案内リング90とケース28の端部とは、円筒形である。
The roller blank 10 formed at the
工具ケース33とダイスケース28の相対長さ部分は、スライドが前部死点にあり、ダイスと工具のケースの面91、92が接触している時に、スライド運動方向にこれらのケースの間に僅かな干渉があるように作られる。このようにして、ローラ半加工品10の最終形状は、工具の形状、即ち、インサート83、84のキャビティ81、82によって正確に繰り返し決定される。少なくとも、工具インサート83は、工具ケース33の面から僅かにへこんでいるので、スライドの前部死点位置では工具とダイスのインサート83、84の間で接触することがない。
The relative length of the
ローラ半加工品を作る場合に、冷間成形機10の精度は、工具を潤滑/冷却剤で冷却する技術によって増大される。潤滑/冷却剤は、(図示しない)ポンプで工具とダイスのケース31−33、26−28と浮動ダイスリングスカート48、65との内部通路94を経て循環される。冷却剤は、室温と140°Fとの間に工具の温度を維持するように整えられる。工具エレメントを冷却する方法は、冷間成形機の成形精度を向上するが、その理由は、この方法は、熱誘導される工具寸法の変化を本質的になくし、もし、そうでなければ、この工具が作るローラ半加工品の寸法精度の変化が生ずることになるからである。
In making roller blanks, the accuracy of the cold forming
元の半加工品10aを仕上げ品10と比較すると、この開示された方法は、比較的大きな割合、即ち、直径の変化が大きなアプセットが半加工品で行なわれる従来技術とは異なる。この技術は、半加工品10の丸いコーナーから不規則性をなくすのに有益である。
Comparing the original blank 10a with the finished blank 10, the disclosed method differs from the prior art where upsets with relatively large proportions, i.e. large changes in diameter, are performed on the blank. This technique is beneficial for eliminating irregularities from the round corners of the
図2及び図2Aは、上記した方法と成形具及び成形機とにより作られた縦断面のローラ半加工品の写真である。ローラ半加工品10は、エッチングされてその木目構造模様を強調している。図2Aは、図2と同様であるが、ローラ10のローリング面に相応する周主面102と端面103との間の丸み付きコーナー面101でのローラ半加工品10の木目構造模様を拡大して示す図であり、図示のコーナーは、他のコーナーを代表している。特に、図2Aに示されるローラ半加工品10の図示の例では、丸み付きコーナー面101は、主面102に円滑に調和している。木目模様は、ローラ半加工品の主長さ部分に沿って延びる主面に平行であり、且つローラ半加工品の各端部で環状の丸み付きコーナー面101に平行である円滑で連続する線を特徴としている。ローラ半加工品の端面103は、回転軸線に相応する縦軸線にほぼ直角である。図2及び図2Aの尺度で、端面103は、幾分不規則であるが、それは、これらの端面は、ローラ半加工品の元の形態のせん断端面の名残であるからである。
FIG. 2 and FIG. 2A are photographs of roller semi-processed products having a longitudinal section made by the above-described method, a forming tool, and a forming machine. The roller blank 10 is etched to emphasize the grain structure pattern. FIG. 2A is similar to FIG. The corners shown are representative of other corners. In particular, in the illustrated example of the roller blank 10 shown in FIG. 2A, the
ローラ半加工品10は、幾つかの理由で従来技術のローラ半加工品よりも優れている。ローラ半加工品は、ある場合には、今まで期待されていた1/10のオーダーの許容値で、非常に正確な寸法許容値まで製造されるので、ほぼ最終仕上げのローラ製品の最終形状となり、特別な寸法とローリング表面の仕上げ品質とを達成するのに要求される機械加工量を減少する。丸み付きコーナーは、(例えば、究極的に用いられる場合に)最終形状又はそれに近い形状に精度よく形成されるので、これらの領域の機械加工要件は、存在しないか最小である。
開示された方法では、元のせん断端面を形成する材料を丸み付きコーナーから排除するように、設備が整えられている。このコーナーからこの材料をなくすことは、非常に有利であるが、その理由は、せん断処理で当初形成された欠陥や不規則性が丸み付きコーナーに存在することができなくなることにある。従来技術のローラの丸み付きコーナーの欠陥や不規則性は、ベアリングアセンブリに使用された時に、ひびや早期ベアリング欠陥を発生することが知られている。また、更に、開示のローラ半加工品は、工具とダイスのキャビティエレメント間の分離面間でばりを回避する。従来技術の方法と工具とは、工具エレメントとダイスエレメントとが分離するローラ半加工品の周面にばりを発生させることになる。このようなばりを有するリングは、別箇の機械加工工程を必要とし、仕上げローリング面に不連続な木目模様を生ずることになる。従来技術のベアリングローラは、ばりが発生した木目模様の不連続性の部分付近で早期の欠陥を招きやすい。 In the disclosed method, the equipment is arranged to exclude the material forming the original shear end face from the rounded corners. Eliminating this material from this corner is very advantageous because the defects and irregularities originally formed by the shearing process cannot be present in the rounded corner. Prior art roller rounded corner defects and irregularities are known to cause cracks and premature bearing defects when used in bearing assemblies. Still further, the disclosed roller blank avoids flash between separation surfaces between the cavity elements of the tool and the die. The prior art methods and tools generate flash on the peripheral surface of the roller blank where the tool element and die element separate. A ring having such a burr requires a separate machining step, resulting in a discontinuous grain pattern on the finished rolling surface. Prior art bearing rollers are prone to premature defects near the discontinuities in the grain pattern where burr has occurred.
上記から、改良された木目構造と正確な形状とから、ローラ半加工品は、減摩ベアリングの製造コストを減少することができ、また耐用年数でのベアリングの性能を向上することができる。 From the above, due to the improved wood grain structure and precise shape, the roller blanks can reduce the manufacturing cost of anti-friction bearings and improve the performance of the bearings in their service life.
図7に示す減摩ベアリングアセンブリ用の仕上がり減摩金属ローラ95は、通常では、熱処理後、半加工品10の環状主面102及び、任意的には、端面103からも、制限された量の材料(例えば、0.07mm)を研削して、半加工品10を機械加工することによって作られる。適当な研削設備及び技術は、この業界では、周知である。ローラの回転軸線は、符号96で示され、ローラの端部99は、平面か、軸線96に直角な面にあり、ローリング面97は、軸線96に同心状に配置されている。ローリング面97と丸み付きコーナー面98とを形成するローラ金属の木目構造模様は、それぞれの面に平行であり、それは、半加工品10の主面102から少量の材料を研削することの結果である。上記の方法によって作られた1つの商業的な樽型ローラ半加工品は、約18mmの名目主外径と、約17.5mmの名目長さとを有し、丸み付きコーナーは、2.04mmの名目半径を有する。他の商業的な例では、樽型ローラ半加工品は、12mmの名目主外径と、10mmの名目長さとを有し、丸み付きコーナーは、1.4mmの名目半径を有する。これらの2つの例の半加工品は、例えば、約0.07mmの材料を取り除くように、主面で研削されてローリング周面97を形成し、受容できる商業寸法と仕上げ要件とを得る。仕上げローラの端面99は、典型的には、機械加工なしで、冷間成形状態のままであるが、所望なら研削してもよい。
The finished
種々のローラの設計において、冷間成形状態とローラの仕上げ又は研削状態との両方において、丸み付きコーナーの表面は、主成形周面又は仕上げローリング周面に正接していないか、それぞれの端面で放射面に正接していないか、その両方のことがしばしばある。例えば、丸み付きコーナー面は、主成形周面又は仕上がりローリング周面に交差することができるか、種々の異なった角度、例えば、10度、20度又はそれ以上の角度で放射端面に交差することができるか、その両方に交差することができる。当初冷間成形された端面は、ローラ軸線のまわりで対称的に窪ませるか研削することができる。 In various roller designs, the surface of the rounded corner is not tangent to the main forming surface or the finishing rolling surface, both at the cold forming state and the finished or ground state of the roller, at each end surface. Often it is not tangent to the radiation surface or both. For example, a rounded corner surface can intersect the main molding surface or the finished rolling surface, or it can intersect the radiating end surface at various different angles, for example, 10 degrees, 20 degrees or more. Can cross or both. The initially cold-formed end face can be recessed or ground symmetrically around the roller axis.
理想的には、本発明を実施する際に、成形された丸み付きコーナー面の実質的にすべてが出発半加工品の元のせん断端面から材料をなくしており、この丸み付きコーナー面の直下にある木目模様は、この面に平行である。本発明によって出発半加工品の元の不規則なせん断端面からの材料がなく、半加工品の丸み付きコーナー面を正確な形状に冷間成形すると、通常では、丸み付きコーナーを機械加工することなく、半加工品を仕上げベアリングローラに機械加工することができる。 Ideally, when practicing the present invention, substantially all of the shaped rounded corner surface has lost material from the original shear end face of the starting semi-finished product and is directly below this rounded corner surface. A certain wood grain pattern is parallel to this surface. With the present invention there is no material from the original irregular shear end face of the starting semi-finished product, and when the rounded corner surface of the semi-finished product is cold formed to the correct shape, usually the rounded corner is machined And semi-finished products can be machined into finished bearing rollers.
この開示は、例示的であり、この開示に含まれる教示の正当な範囲から逸脱することなく、細部を付加したり、変形したり、なくすことによって種々の変更を行うことができる。従って、本発明は、特許請求の範囲で必然的に限定されることを除いてこの開示の特定の細部に限定されることがない。本明細書で用いられている成形具、それに代えても用いられている工具という用語は、個別的に、又は集合的に、工具やダイスのインサート、ケース、浮動ダイスリング及びそのインサートを含む。工具ケースとインサートとを一体化することが望ましい場合もある。 This disclosure is exemplary and various changes may be made by adding, modifying, or eliminating details without departing from the proper scope of the teachings contained in this disclosure. Accordingly, the invention is not limited to the specific details of this disclosure except as necessarily limited by the claims. As used herein, the term tool, or alternatively used tool, includes, individually or collectively, tools and die inserts, cases, floating die rings and inserts thereof. It may be desirable to integrate the tool case and the insert.
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